Krediet: Pixabay/CC0 publiek domein
Kleine nanodeeltjes lopen voorop in de materiaalwetenschap, met speciale eigenschappen waar ze geweldig in zijn licht absorberen op het gebied van zonnepanelen, het reinigen van afvalwaterEn medicijnen afleveren precies.
Sommige nanodeeltjes hebben de vorm van vellen of vezels. Maar nanomaterialen hebben allemaal één ding gemeen: hun structuur bevat componenten met afmetingen op nanometerschaal. Dat is meer dan 10.000 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar. Uit onderzoek blijkt dat nanomaterialen vaak beter presteren dan dezelfde materialen die op grotere schaal worden gemaakt. Ze hebben een enorm potentieel, maar momenteel kan de productie ervan resulteren in schadelijke milieueffecten vanwege de gebruik of productie van gevaarlijke chemicaliën.
Ik ben een van de vele onderzoekers die bestuderen hoe je deze materialen duurzaam kunt creëren, manipuleren en toepassen om nieuwe technologieën te ontwikkelen en bestaande te verbeteren. Dit biedt voordelen voor veel toepassingen, waaronder de lucht- en ruimtevaart, zonnepanelen en elektronica.
Silica-nanomateriaal is dat al overal om je heenmaar je beseft het waarschijnlijk niet eens. Silica (SiO2), een verbinding die zowel silicium als zuurstof bevat, wordt vaak aangetroffen in gesteenten. Het is een van de meest massaal geproduceerde nanomaterialen ter wereld, met een verwachte markt van 5 biljoen dollar (3,8 biljoen pond). tegen 2025.
Zijn gebruikt om dingen te maken die u elke dag tegenkomt, van het verbeteren van de sterkte van beton tot het verbeteren van de duurzaamheid van rubberen banden, plus het verbetert de reinigende eigenschappen en consistentie van tandpasta. Nanomateriaal van silica zou opwindende hoogwaardige toepassingen kunnen hebben, zoals geneesmiddelen En afvalwaterzuivering.
Hoewel silicaproducten misschien geweldig zijn, is de manier waarop ze worden gemaakt vaak niet goed voor het milieu zelfs economisch haalbaar. Productie is de sleutel tot de algehele duurzaamheid van producten, maar is vaak onzichtbaar voor de consument. Als zodanig is het een aspect waar de meeste mensen veel minder over nadenken dan bijvoorbeeld de vraag of iets gerecycled zal worden.
Het maken van silica vergt vaak energie-intensieve processen, of er ontstaan vervelende afvalproducten die lastig te realiseren zijn veilig weggooien. Proberen de ecologische voetafdruk van bestaande processen te verkleinen is niet genoeg. Het ontwikkelen van nieuwe productiemethoden is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat nieuwe technologieën, zoals geavanceerdere zonnepanelen, zowel de samenleving kunnen helpen als minder impact op het milieu kunnen hebben dan traditionele productie.
Ik ben onderdeel van de Onderzoeksgroep Groene Nanomaterialen aan de Universiteit van Sheffield, waar mijn collega’s en ik hard werken aan het ontwikkelen van duurzame, schaalbare en economische routes naar functionele nanogestructureerde materialen. We behandelen aspecten van ontdekking tot productie, toepassingen en commercialisering, rekening houdend met de prestaties, schaalbaarheid, omgeving en kosten.
Een groenere benadering van de chemie
Wij streven ernaar betere nanomaterialen te maken voor belangrijke toepassingen, waarbij we rekening houden met de milieueffecten in elke fase van de levensduur van een nanomateriaal, van grondstoffen tot het gebruik en de verwijdering van een product en eventuele bijproducten. Deze aanpak staat bekend als ‘groene chemie’ concept ontwikkeld in 1998 dat is gebruikt om strategieën voor te ontwikkelen groenere routes naar nanomaterialen.
Nanomateriaal van silica past bij deze groene chemiebenadering omdat het dat ook is al in de natuur gemaakt door planten en sponzen als structurele ondersteuning. Wat is een betere leraar voor groene chemie dan leren van de natuur zelf? Mijn onderzoeksgroep creëerde bio-geïnspireerde silica, een product dat gemaakt kan worden bij kamertemperatuur en in de milde omstandigheden waaronder silica van nature in de biologie wordt gemaakt.
Nu schalen collega’s in mijn onderzoeksgroep de bio-geïnspireerde silicaproductie op, onderzoeken het gebruik ervan in verschillende toepassingen en maken verschillende nanomaterialen. Ondertussen onderzoek ik hoe het veranderen van de omstandigheden waaronder we silica maken de eigenschappen, zoals het oppervlak, kan verbeteren waardoor het beter functioneert.
Er zijn enorme mogelijkheden voor groene nanomaterialen om essentiële technologieën vooruit te helpen, en als groene silica zou kunnen worden opgeschaald, is het potentieel voor substantiële veranderingen in de levering van geneesmiddelen en hernieuwbare energiebronnen enorm.
Geleverd door Het gesprek
